DE10254109B4

DE10254109B4 - Kombinierte Kühl- und Heizvorrichtung mit einem gemeinsam genutzten Gaskühler, insbesondere für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE10254109B4
Application number: DE10254109A
Authority: DE
Inventors: Hary Geiger; Robert Mager
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2002-11-20
Filing date: 2002-11-20
Publication date: 2013-04-11
Anticipated expiration: 2022-11-21
Also published as: DE10254109A1

Abstract

Kombinierte Kühl- und Heizvorrichtung mit einem gemeinsam genutzten Gaskühler (4), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, über den in einem Klimabetrieb Wärme eines Kältemittels an die Umgebung abgegeben und in einem Wärmepumpenbetrieb Wärme von dem Kältemittel aus der Umgebung aufgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Gaskühler (4) in Bezug auf den Kältemitteldurchfluss parallel geschaltete Wärmetauscher (10, 11) aufweist, und dass weiterhin Schalteinrichtungen zur Beeinflussung des Durchflusses durch die einzelnen Wärmetauscher (10, 11) in Abhängigkeit erfasster Umgebungsparameter vorgesehen sind.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine kombinierte Kühl- und Heizvorrichtung mit einem gemeinsam genutzten Kühler, insbesondere Gaskühler, über den in einem Klimabetrieb Wärme eines Kältemittels an die Umgebung abgegeben und in einem Wärmepumpenbetrieb Wärme von dem Kältemittel aus der Umgebung aufgenommen wird und auf ein Verfahren zum Betrieb einer derartigen Heiz- und Klimaanlage.
Sie eignet sich insbesondere für den Einsatz in Kraftfahrzeugen, ist jedoch auch im Zusammenhang mit stationären Einrichtungen verwendbar.
Es sind allgemein Heiz- und Kühlvorrichtungen für den Einsatz in Kraftfahrzeugen bekannt, die zum Heizen Wärme der Antriebsmaschine und zum Kühlen einen separaten Kältemittelkreislauf aufweisen (siehe beispielsweise die DE 197 24 644 A1 ).
Daneben sind kombinierte Kühl- und Heizvorrichtungen der eingangs genannten Art für Kraftfahrzeuge allgemein bekannt (siehe beispielsweise die DE 100 65 112 A1 ). Diese verwenden üblicherweise einen Gaskühler, der je nach der gewählten Betriebsweise der Vorrichtung als Kühlgerät oder Heizgerät für eine Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs dazu dient, Wärme an die Außenumgebung abzuführen oder in der Art einer Wärmepumpe aus dieser zu entnehmen. Herkömmliche Vorrichtungen verwenden als Kältemittel R744 (CO2), dessen Verdampfungstemperatur in der Regel weniger als 0° Celsius beträgt.
Im Wärmepumpenbetrieb kann es aufgrund der niedrigen Temperatur des Kältemittels unter bestimmten Bedingungen der Umgebungsluft an dem Gaskühler zu einer Vereisung kommen, worunter hier alle Formen eisförmigen Niederschlags verstanden werden. Diese Vereisung tritt insbesondere bei einer hohen Luftfeuchte auf. Eine weitere Ursache hierfür ist ein eventueller Schneebewurf durch vorausfahrende Fahrzeuge und dergleichen. Im Hinblick auf die Erhaltung eines definierten Luftdurchsatzes an dem Gaskühler ist eine Vereisung desselben jedoch möglichst zu vermeiden, da ansonsten der Wirkungsgrad im Wärmepumpenbetrieb aufgrund der Isolationswirkung der Eisschicht sinkt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, hier Abhilfe zu schaffen. Insbesondere beabsichtigt die Erfindung, bei einer kombinierten Kühl- und Heizvorrichtung die Vereisungsgefahr am Gaskühler zu verringern oder eine etwaige Vereisung zu beseitigen.
Diese Aufgabe wird durch eine kombinierte Kühl- und Heizvorrichtung mit einem gemeinsam genutzten Gaskühler gelöst.
Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht durch eine differenzierte Nutzung des Gaskühlers neben einem reinen Klimabetrieb und einem reinen Wärmepumpenbetrieb einen Enteisungsbetrieb, bei dem einzelne Abschnitte des Gaskühlers unter vereisungskritischen Umgebungsbedingungen durch Prozesswärme des Kältemittels erwärmt werden können. Hierdurch lassen sich vereiste Abschnitte des Gaskühlers abtauen oder gegen Vereisung schützen und dadurch der Wirkungsgrad im Wärmepumpenbetrieb verbessern.
Weitere Ausgestaltungen der Vorrichtung sind in den Unteransprüchen 2 bis 5 beschrieben.
Vorzugsweise sind Mittel zum Umschalten zwischen den Wärmetauschern im Enteisungsbetrieb vorgesehen. Über diese lässt sich auf einfachere Art und Weise gewährleisten, dass einzelne Regionen des Gaskühlers nacheinander enteist werden können (Patentanspruch 2).
Gemäß einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Wärmetauscher in ein gemeinsames Gaskühlergehäuse integriert. Dieses lässt sich besonders einfach als Baueinheit handhaben, wodurch die Montage und eine eventuelle Wartung vereinfacht werden. Vorzugsweise werden im Hinblick auf den Herstellungsaufwand zwei Wärmetauscher parallel geschaltet (Patentanspruch 3).
Prinzipiell bestehen unterschiedliche Möglichkeiten, einen Vereisungszustand am Gaskühler festzustellen. Eine bevorzugte Möglichkeit liegt darin, diesen über Sensoren zu erfassen. Dadurch wird sichergestellt, dass ein den Wärmepumpenbetrieb einschränkender Enteisungsbetrieb lediglich im Bedarfsfall durchgeführt wird (Patentanspruch 4).
Über die Schalteinrichtungen lässt sich der Gaskühler so betreiben, dass die einzelnen Wärmetauscher individuell angesteuert werden, wodurch ein gegebenenfalls nötiges Abtauen von Eis über den gesamten Gaskühler realisierbar ist. Gleichwohl bleibt der Wärmepumpenbetrieb in einem eingeschränkten Umfang erhalten, um die Fahrgastzelle bei niedrigen Außentemperaturen zu temperieren.
Vorzugsweise wird dann für bzw. an jedem Wärmetauscher ein eigener Sensor vorgesehen. Die entsprechenden Signale lassen sich, gegebenenfalls unter Zuhilfenahme einer Steuereinrichtung, so auswerten, dass lediglich die vereisten Wärmetauscher enteist werden (Patentanspruch 5).
Die Verwendung von Vereisungssensoren ist insbesondere in solchen Fällen vorteilhaft, in denen sich eine Vereisung am abgestellten Fahrzeug erhalten oder gebildet hat.
Ein geeignetes Verfahren zum Betreiben einer erfindungsgemäßen kombinierten Kühl- und Heizvorrichtung beschreiben die Verfahrensansprüche 6 bis 14.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden bei Feststellung einer Vereisungsgefahr und/oder einer tatsächlichen Vereisung an dem Gaskühler die Schalteinrichtungen auf einen Enteisungsbetrieb umgeschaltet, in dem einer der Wärmetauscher im Klimabetrieb, ein anderer Wärmetauscher hingegen im Wärmepumpenbetrieb läuft. Da somit ein Teil des Gaskühlers im Klimabetrieb läuft, wird dort Prozesswärme des Kältemittels abgegeben, die eine Vereisung verhindert oder zum Enteisen eingesetzt werden kann. Die Umschaltung erfolgt vorzugsweise automatisch in Abhängigkeit der Prozessparameter (Messgrößen) aus dem Wärmepumpenbetrieb (Patentanspruch 6).
Gemäß einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Schalteinrichtungen derart konfiguriert, dass im Enteisungsbetrieb das durch einen Wärmetauscher im Wärmepumpenbetrieb strömende Kältemittel und das Kältemittel des Klimabetriebs vor einem gemeinsamen Verdichter der Kühl- und Heizvorrichtung zusammengeführt werden und nach dem Verdichter ein Stromaufteiler angeordnet ist, über den ein Teil des Kältemittels zu dem Wärmetauscher im Klimabetrieb abgezweigt wird. Auf diese Weise wird für beide Systeme, das heißt sowohl für den Heizkreislauf als auch für den Kühlkreislauf der gleiche Verdichter verwendet, dessen an das Kältemittel übertragene Energie teilweise zum Enteisen eingesetzt wird. Die Vorrichtung zeichnet sich zu dem durch einen geringen apparativen Aufwand aus, da neben der gemeinsamen Nutzung des Verdichters der Stromaufteiler gleichzeitig für die Zumessung von verdichtetem Kältemittel an einen Wärmetauscher als auch für die Weiterleitung in den Heizkreislauf sorgt (Patentanspruch 7).
Vorzugsweise ist das Aufteilungsverhältnis am Stromaufteiler einstellbar, wodurch es möglich ist, lediglich so viel Prozesswärme an den Gaskühler heranzuführen, wie zum Enteisen benötigt wird. Die verbleibende Energie steht im Wärmepumpenbetrieb zu Heizzwecken weiter zur Verfügung (Patentanspruch 8).
Gemäß einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung kann der Stromaufteiler zusätzlich die Umschaltfunktion zwischen den Wärmetauschern übernehmen, das heißt es kann über den Stromaufteiler im Enteisungsbetrieb zwischen den Wärmetauschern hin und her geschaltet werden, um nacheinander die einzelnen Regionen eines vollständig vereisten Gaskühlers abzutauen (Patentanspruch 9).
Bevorzugt umfassen die Schalteinrichtungen weiterhin ein Gegenstromventil, über das im Klimabetrieb von beiden Wärmetauschern abgeführtes Kältemittel vereinigt und im Wärmepumpenbetrieb den beiden Wärmetauschern zugeführtes Kältemittel auf diese verteilt wird. Dieses Gegenstromventil leitet im Enteisungsbetrieb einen Teilstrom zu dem Wärmetauscher im Wärmepumpenbetrieb und einen gegengerichteten Teilstrom von dem Wärmetauscher im Klimabetrieb (Patentanspruch 10).
Alternativ oder ergänzend kann zur Feststellung einer Vereisungsgefahr die Außentemperatur und die Feuchte der Umgebungsluft erfasst werden. Aus den entsprechenden Parametern lässt sich, gegebenenfalls unter Berücksichtigung der Kältemitteltemperatur und der Fahrgeschwindigkeit, bestimmen, ob an dem Gaskühler eine Vereisung auftreten wird. Dies ermöglicht ein präventives kurzzeitiges Umschalten in den Enteisungsbetrieb, um im Fahrbetrieb das Auftreten einer Eisbildung am Gaskühler zu vermeiden (Patentanspruch 13).
Die Umschaltung der Schalteinrichtungen kann im Prinzip direkt sensorgesteuert erfolgen, wodurch sich ein sehr einfacher Aufbau der Steuerung ergibt. Im Hinblick auf eine umfänglichere Anpassung an die Umgebungsparameter sowie eine etwaige Berücksichtigung von Parametern des Fahrbetriebs ist es vorteilhaft, wenn die Betätigung der Schalteinrichtungen und insbesondere eine Abstimmung derselben untereinander über eine Steuereinrichtung erfolgt. In dieser Steuereinrichtung werden gemäß einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung die Signale gegebenenfalls vorhandener Vereisungssensoren und/oder die Außentemperatur und Luftfeuchte ausgewertet und in Abhängigkeit der Auswertung die Schalteinrichtungen automatisch betätigt. Dies erlaubt eine fortlaufende Überwachung des Gaskühlers (Patentanspruch 14).
Nachfolgend wird die Erfindung nun anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
1 eine schematische Ansicht einer kombinierten Kühl- und Heizvorrichtung für ein Kraftfahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel,
2 eine schematische Ansicht des gemeinsamen luftseitigen Gaskühlers einschließlich zugehöriger Schalteinrichtungen der Vorrichtung aus 1 im reinen Klimabetrieb,
3 eine Ansicht entsprechend 2 im reinen Wärmepumpenbetrieb,
4 eine Ansicht entsprechend 2 in einer ersten Stellung im Enteisungsbetrieb, bei der ein erster Wärmetauscher im Klimabetrieb läuft, und in
5 eine weitere Ansicht entsprechend 2 in einer zweiten Stellung im Enteisungsbetrieb, nachdem zwischen den Wärmetauschern umgeschaltet worden ist, so daß ein zweiter Wärmetauscher im Klimabetrieb läuft.
Das Ausführungsbeispiel in den 1 bis 5 zeigt eine kombinierte Kühl- und Heizvorrichtung 1 für ein Personenkraftfahrzeug. Diese Vorrichtung 1 umfaßt einen Kühlkreislauf 2 und einen Heizkreislauf 3. Beide Kreisläufe sind teilweise miteinander verbunden, indem diese einen luftseitigen Gaskühler 4 und einen Verdichter 5 gemeinsam nutzen. Die Vorrichtung 1 ist mit einem Kältemittel herkömmlicher Art befüllt, wobei hier beispielhaft R744 (CO₂) eingesetzt wird, dessen Verdampfungstemperatur bei üblichen Randbedingungen unter 0° Celsius liegt.
In dem Kühlkreislauf 2 befindet sich weiterhin eine Expansionseinrichtung 6, hier beispielhaft ein Expansionsventil, über welches das verdichtete und in dem Gaskühler 4 abgekühlte Kältemittel entspannt wird. Das entspannte Kältemittel wird über einen Wärmetauscher 7 geführt, der dazu dient, die Luft innerhalb einer hier lediglich schematisch angedeuteten Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs abzukühlen. Dabei nimmt das Kältemittel des Kühlkreislaufs 2 Wärme auf. Das erwärmte Kältemittel gelangt dann über den Verdichter 5 in den vom Fahrtwind angeströmten Gaskühler 4, wo im Klimabetrieb Wärme an die Umgebung abgeführt wird.
Der parallel geführte Heizkreislauf 3 des Ausführungsbeispiels entspricht dem Kühlkreislauf 2 in umgekehrter Anordnung. Um die Luft in der Fahrgastzelle aufwärmen, wird hier der Gaskühler 4 in der Art einer Wärmepumpenanordnung genutzt. Dazu wird die aus dem Gaskühler 4 kommende Luft über den Verdichter 5 geführt. Die durch die Verdichter erwärmte Luft wird in den Heizkreislauf 3 eingespeist und dazu verwendet, über geeignete Wärmetauscher 8 die Luft in der Fahrgastzelle anzuwärmen. Das sich hierbei abkühlende Kältemittel wird hernach über eine Expansionseinrichtung 9, hier beispielhaft wiederum ein Expansionsventil unter die Außenumgebungstemperatur entspannt, wodurch dieses in dem nachgeschalteten Gaskühler 4 Wärme aus der Umgebung aufnehmen kann. In diesem Wärmepumpenbetrieb besteht die Gefahr, daß die Oberflächentemperatur des Gaskühlers 4 zumindest abschnittsweise unter den Taupunkt der Umgebungsluft abfällt und u. U. eine Eisbildung einsetzt.
Dies wird, wie nachfolgend näher erläutert, durch die besondere Ausgestaltung und Betriebsweise des Gaskühlers 4 unterbunden.
Wie 2 bis 5 zeigen, weist der Gaskühler 4 zueinander parallel geschaltete Wärmetauscher auf. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind aus herstellungstechnischen Gründen zwei Wärmetauscher 10 und 11 vorgesehen und in einem gemeinsamen Gehäuse 12 angeordnet.
Die Wärmetauscher 10 und 11 lassen sich durch geeignet angeordnete Schalteinrichtungen getrennt voneinander betreiben. Insbesondere ist es möglich, den Durchfluß durch die einzelnen Wärmetauscher 10 und 11 in Abhängigkeit erfaßter Umgebungsparameter zu gestalten. Auf diese Weise kann bei Auftreten einer Vereisungsgefahr oder einer tatsächlichen Vereisung verdichtetes Kältemittel über einen der Wärmetauscher 10 oder 11 geführt werden, um mit der in dem verdichteten Kältemittel gespeicherten Prozeßwärme den betreffenden Bereich des Gaskühlers 4 gegen eine Vereisung zu schützen oder abzutauen (Enteisungsbetrieb). Ist dies erfolgt, kann durch eine entsprechende Umschaltung zwischen den Wärmetauschern 10 und 11 der verbleibende Bereich des Gaskühlers 4 angewärmt werden.
Die Schalteinrichtungen umfassen hierzu ein Stromaufteilerventil 13 zwischen dem Verdichter 5 und dem Gaskühler 4, ein mit diesem korrespondierendes Gegenstromventil 14 zwischen den Expansionseinrichtungen 6 und 9 einerseits und dem Gaskühler 4 andererseits, sowie ein Sammelventil 15, das dem Verdichter 5 vorgeschaltet ist. Das Stromaufteilerventil 13 und das Gegenstromventil 14 sind jeweils als Umschaltventil ausgebildet und über eine Steuereinrichtung 16 angesteuert.
Wie den 2 bis 5 entnommen werden kann, ist das Stromaufteilerventil 13, hier beispielhaft ein 4/4-Wegeventil, so ausgebildet und angeordnet, daß dieses über zwei Anschlüsse mit den Wärmetauschern 10 und 11 des Gaskühlers 4, über einen Anschluß mit dem Heizkreislauf 3 und einen Anschluß mit dem Verdichter 5 verbunden ist. Das Gegenstromventil 14 nach dem Ausführungsbeispiel ist ebenfalls ein 4/4-Wegeventil mit zwei Anschlüssen zu den jeweils anderen Seiten der Wärmetauscher 10 und 11 sowie zwei weiteren Anschlüssen zu den Expansionseinrichtungen 6 und 9 des Kühl- bzw. Heizkreislaufs 2 bzw. 3.
Über das Sammelventil 15 ist zunächst der Rücklauf 17 des Kühlkreislaufs 2 an den Verdichter 5 angeschlossen. Überdies führen Verbindungsleitungen 18 und 19 von den Stromaufteilerventilanschlüssen der Wärmetauscher 10 und 11 zu dem Sammelventil 15, wobei der Anschluß der Leitungen jeweils über ein Rückschlagventil 20 bzw. 21 erfolgt. Auch in den Rücklauf 17 des Kühlkreislaufs 2 kann ein Rückschlagventil 22 eingebaut sein.
Bei einem Betrieb der Kälteanlage mit dem Kältemittel R744 istweiterhin ein in den Figuren nicht näher dargestellter, dem Fachmann jedoch allgemein bekannter kreisprozeßinterner Wärmetauscher vorgesehen.
Nachfolgend soll nun anhand der 2 bis 5 die Betriebsweise des Gaskühlers 4 im Verbund mit den Schalteinrichtungen näher erläutert werden.
Im reinen Klimabetrieb (vgl. 2) wird das Kältemittel aus dem Verdichter 5 mittels des Stromaufteilerventils 13 auf die beiden Wärmetauscher 10 und 11 des Gaskühlers 4 verteilt. Das abgekühlte Kältemittel wird in dem Gegenstromventil 14 wieder zusammengeführt und in den Kühlkreislauf 2 eingespeist. Der Heizkreislauf 3 ist hierbei über die beiden Ventile 13 und 14 abgesperrt.
Hingegen sperren im reinen Wärmepumpenbetrieb (vgl. 3) die Ventile 13 und 14 den Kühlkreislauf 2 ab. Über den Rücklauf 23 des Heizkreislaufs 3 gelangt das Kältemittel zu dem Gegenstromventil 14, welches das Kältemittel auf die beiden Wärmetauscher 10 und 11 des Gaskühlers 4 verteilt. Diese werden in umgekehrter Richtung zum Klimabetrieb durchströmt. Da das Stromaufteilerventil 13 gegen die Verbindungsleitungen 18 und 19 absperrt, gelangt das Kältemittel über diese zu dem Sammelventil 15. Das Rückschlagventil 22 verhindert dabei ein Einströmen in den Kühlkreislauf 2. Vielmehr wird das Kältemittel von dem Verdichter 5 angesaugt und über das Stromaufteilerventil 13 wieder in den Heizkreislauf 3 eingespeist.
Wird nun – in weiter unten noch näher erläutert Art und Weise – eine Vereisungsgefahr oder eine tatsächliche Vereisung an dem Gaskühler 4 festgestellt, so werden die Schalteinrichtungen auf einen Enteisungsbetrieb umgeschaltet, in dem einer der Wärmetauscher 10 bzw. 11 im Klimabetrieb, der andere Wärmetauscher 11 bzw. 10 hingegen im Wärmepumpenbetrieb läuft. 4 zeigt eine erste Stellung des Enteisungsbetriebs, bei dem durch den Wärmetauscher 11 Kältemittel aus dem Heizkreislauf 3 über das Sammelventil 15 zu dem Verdichter 5 geführt wird. Dieser Wärmetauscher 11 arbeitet folglich weiterhin im Wärmepumpenbetrieb. Der andere Wärmetauscher 10 läuft hingegen im Klimabetrieb. Das durch den Wärmetauscher 11 im Wärmepumpenbetrieb strömende Kältemittel und das Kältemittel des Klimabetriebs werden vor dem Verdichter 5 zusammengeführt. Nach dem Verdichter 5 wird in dem Stromaufteilerventil 13 ein Teil des verdichteten Kältemittels zu dem Wärmetauscher 10 im Klimabetrieb abgezweigt. Das diesen Wärmetauscher 10 durchströmende Kältemittel gelangt in Gegenrichtung durch das Gegenstromventil 14 in den Kühlkreislauf 2.
Auf diese Weise erfolgt eine Wärmezufuhr in den Wärmetauscher 10, wodurch dort eine Vereisung vermieden oder abgebaut wird. Ist dies erfolgt, so läßt sich durch eine synchrone Umschaltung des Stromaufteilerventils 13 und des Gegenstromventils 14 die Betriebsweise in den Wärmetauschern 10 und 11 umkehren, wie dies in 5 gezeigt ist. Dies hat zur Folge, daß der zunächst im Wärmepumpenbetrieb arbeitende Wärmetauscher 11 nunmehr im Klimabetrieb, hingegen der zunächst im Klimabetrieb arbeitende Wärmetauscher 10 nunmehr im Wärmepumpenbetrieb arbeitet. Auf diese Weise läßt sich der verbleibende Abschnitt des Gaskühlers 4 gegen Vereisung schützen oder abtauen.
Über das Stromaufteilerventil 13 kann folglich im Enteisungsbetrieb zwischen den Wärmetauschern 10 und 11 hin und her geschaltet werden kann.
In einer Abwandlung des Ausführungsbeispiels wird das Aufteilungsverhältnis im Enteisungsbetrieb zwischen dem Heizkreislauf 3 und dem Wärmetauscher 10 bzw. 11 im Klimabetrieb am Stromaufteiler 13 eingestellt, so daß lediglich die benötigte Energie zur Vermeidung einer Vereisung abgezweigt wird. Bei einer derartigen Ausgestaltungsform kann es vorteilhaft sein, zum Zwecke der Verteilung bzw Umschaltung zwischen den Wärmetauschern 10 und 11 ein separates Verteilerventil vorzusehen.
Ein Vereisungszustand wird bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel über Sensoren erfaßt, wodurch sich eine Vereisung, die im Ruhezustand des Fahrzeugs aufgetreten ist, beim Inbetriebsetzen desselben feststellen und bekämpfen läßt. Hierfür reicht im Prinzip ein einziger Sensor aus. Allerdings sind die Schalteinrichtungen dann so anzusteuern, daß die Wärmetauscher 10 und 11 automatisch wechselseitig erwärmt werden, um sicherzustellen, daß ein vollständiges Abtauen erfolgt. Eine genauere Ansteuerung wird dadurch erreicht, daß an jedem Wärmetauscher 10 bzw. 11 ein eigener Sensor 24 bzw. 25 vorgesehen wird. Über die Sensoren 24 bzw. 25 läßt sich eine tatsächliche Eisbildung feststellen.
Um zu vermeiden, daß es im Fahrbetrieb überhaupt zu einer Eisbildung am Gaskühler 4 kommt, kann präventiv zusätzlich eine Vereisungsgefahr abgeschätzt und bei Bedarf kurzzeitig in den Enteisungsbetrieb umgeschaltet werden. Dazu werden über geeignete Sensoren 26 und 27 die Außentemperatur und die Feuchte der Umgebungsluft erfaßt. In Abwandlung des Ausführungsbeispiels ist es möglich, lediglich die Sensoren 24 und 25 oder lediglich die Sensoren 26 und 27 vorzusehen.
Die vorstehend genannten Sensoren 24 bis 27 sind allgemein bekannt und müssen hier nicht näher erläutert werden. Ihre Signale werden in der Steuereinrichtung 16 verarbeitet, die dann die jeweiligen Stellsignale für das Stromaufteilerventil 13 und das Gegenstromventil 14 erzeugt. Dazu werden die Signale der gegebenenfalls vorhandenen Vereisungssensoren 24 und 25 und/oder die Außentemperatur- und Luftfeuchtesignale ausgewertet. Die Betätigung der Schalteinrichtungen erfolgt dann automatisch in Abhängigkeit der Auswertung.
In allen Fällen wird ein guter Wirkungsgrad der Kühl- und Heizvorrichtung im Wärmepumpenbetrieb gewährleistet. Zudem kann die Vereisungsgefahr am Gaskühler verringert und eine etwaig auftretende Vereisung beseitigt werden.

Claims

Kombinierte Kühl- und Heizvorrichtung mit einem gemeinsam genutzten Gaskühler (4), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, über den in einem Klimabetrieb Wärme eines Kältemittels an die Umgebung abgegeben und in einem Wärmepumpenbetrieb Wärme von dem Kältemittel aus der Umgebung aufgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Gaskühler (4) in Bezug auf den Kältemitteldurchfluss parallel geschaltete Wärmetauscher (10, 11) aufweist, und dass weiterhin Schalteinrichtungen zur Beeinflussung des Durchflusses durch die einzelnen Wärmetauscher (10, 11) in Abhängigkeit erfasster Umgebungsparameter vorgesehen sind.
Kombinierte Kühl- und Heizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zum Umschalten zwischen den Wärmetauschern (10, 11) im Enteisungsbetrieb vorgesehen sind.
Kombinierte Kühl- und Heizvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass beide Wärmetauscher (10, 11) in einem gemeinsamen Gaskühlergehäuse (12) integriert sind.
Kombinierte Kühl- und Heizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für den Gaskühler (4) ein Vereisungssensor vorgesehen ist.
Kombinierte Kühl- und Heizvorrichtung nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Wärmetauscher (10, 11) des Gaskühlers jeweils ein separater Vereisungssensor vorgesehen ist.
Verfahren zum Betrieb einer kombinierten Kühl- und Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei Feststellung einer Vereisungsgefahr und/oder einer tatsächlichen Vereisung an dem Gaskühler (4) die Schalteinrichtungen automatisch auf Enteisungsbetrieb umgeschaltet werden, indem ein Wärmetauscher (10 bzw. 11) im Klimabetrieb und der andere Wärmetauscher (11 bzw. 10) im Wärmepumpenbetrieb läuft.
Verfahren zum Betrieb einer Kühl- und Heizvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtungen derart konfiguriert werden, dass im Enteisungsbetrieb das durch einen Wärmetauscher (10 bzw. 11) im Wärmepumpenbetrieb strömende Kältemittel und das Kältemittel des Klimabetriebes vor einem gemeinsamen Verdichter (5) der Kühl- und Heizvorrichtung (1) zusammen geführt werden kann und nach dem Verdichter (5) ein Stromaufteiler (13) angeordnet ist, über den ein Teil des Kältemittels zu dem Wärmetauscher (10 bzw. 11) im Klimabetrieb abgezweigt werden kann.
Verfahren zum Betrieb einer Kühl- und Heizvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufteilungsverhältnis am Stromaufteiler (13) eingestellt werden kann.
Verfahren zum Betrieb einer Kühl- und Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass über den Stromaufteiler (13) im Enteisungsbetrieb zwischen den Wärmetauschern (10 bzw. 11) hin und her geschaltet werden kann.
Verfahren zum Betrieb einer Kühl- und Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtungen ein Gegenstromventil (14) umfassen, über das im Klimabetrieb von beiden Wärmetauschern (10, 11) abgeführtes Kältemittel vereinigt und im Wärmepumpenbetrieb den beiden Wärmetauschern (10, 11) zugeführtes Kältemittel auf diese verteilt wird, welches im Enteisungsbetrieb einen Teilstrom zu dem Wärmetauscher (10 bzw. 11) hin im Wärmepumpenbetrieb und einen entgegensetzt gerichteten Teilstrom von dem Wärmetauscher (10 bzw. 11) weg im Klimabetrieb leitet.
Verfahren zum Betrieb einer Kühl- und Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Vereisungszustand an dem Gaskühler (4) erfasst wird.
Verfahren zum Betrieb einer Kühl- und Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass an jedem Wärmetauscher (10, 11) des Gaskühlers (4) der Vereisungszustand separat durch je einen Sensor (24 bzw. 25) erfasst wird.
Verfahren zum Betrieb einer Kühl- und Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zur Feststellung einer Vereisungsgefahr die Außentemperatur und die Feuchte der Umgebungsluft erfasst werden.
Verfahren zum Betrieb einer Kühl- und Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtungen über eine Steuereinrichtung (16) betätigt werden, in der die Signale ggfs. vorhandener Vereisungssensoren und/oder die Außentemperatur und die Luftfeuchte ausgewertet und in Abhängigkeit der Auswertung die Schalteinrichtungen automatisch betätigt werden.